【摘要】：壓電振動能量采集器通過壓電效應將環(huán)境中的振動能轉變?yōu)殡娔?其對于耗能較小、數量巨大且分布廣泛的傳感器網絡具有重要的意義。本文從電路的角度研究如何提高馳振壓電能量采集器的能量采集效率,提出兩種可以改善能量采集效率的電阻-電感-電容簡單電路。并給出基于這兩種電路的壓電能量采集器的分布參數模型,運用僅考慮一階模態(tài)的伽遼金離散對模型進行簡化,而后運用等效結構法對控制方程進行解耦,并利用分布參數模型的數值解對此解耦方法做了數值驗證。在解耦的過程中給出了兩種電路的修正頻率、電阻尼和能量采集效率的解析表達式,分析解耦后的控制方程,給出了此結構的起始馳振電阻尼、最優(yōu)電阻尼和懸臂梁端部位移的解析表達式,確定了當電阻尼為最優(yōu)電阻尼時取得最優(yōu)能量采集效率。運用解耦的控制方程給出了此馳振壓電能量采集器取得最優(yōu)電阻尼時的電阻-電感-電容組合。此外,分析了不同風速下的最優(yōu)能量采集效率和最大能量采集效率隨電阻、電感和電容的變化關系。求得了兩種簡單電路對應的臨界電阻和最大電阻尼的解析表達式。這些研究結果表明,調節(jié)電路參數可以大大提高能量的采集效率,同時也可以將電感降低到適用的范圍。基于對馳振壓電能量采集器的研究,壓電能量采集器是一種耗能機制,可以將其作為阻尼因素引入動力吸振器中。本文基于壓電能量采集器設計了一種動力吸振器,并基于動力學和電學Hamilton方程給出了兩種形式的機電耦合Hamilton方程。運用機電耦合Hamilton方程給出了此結構的機電耦合控制方程,并通過高斯法則等方法簡化機電耦合控制方程。對比控制方程簡化前后的參數,驗證了簡化方法。運用簡化后的控制方程,給出了此結構振動抑制和能量采集效果的數值解。研究表明,基于壓電能量采集器的動力吸振器既能有效降低主振動系統(tǒng)的振動又能將振動能通過壓電機制轉變?yōu)殡娔?達到了雙目標設計的目的。給出了不同頻率下的時程曲線、相軌跡、頻譜圖和龐加萊截面,基于這些非線性分析方法分析了此動力吸振裝置的非線性特性,發(fā)現了超諧波、擬周期和三倍周期等非線性現象,以及兩種不同形式的混沌。最后,通過實驗數據證實了動力吸振裝置中的非線性現象。
【圖文】：

圖 1-1 傳感器網絡的應用隨著信息科技時代的到來，，無線傳感器已在國防安全、智能家居、環(huán)測、現代農業(yè)等領域得到廣泛的應用。工程中使用的無線傳感器往往耗小但數量巨大且分布廣泛，大部分無線傳感器的工作環(huán)境惡劣或是交通

位論文- 2 -振動能量采集器一般有三種形式：電磁式[3,4]、靜電式[5,6]和壓電式[7]。圖1-2 給出了兩種典型的電磁式能量采集器，電磁式能量采集器基于法拉第電磁感應定律，當結構的振動導致通過線圈的磁通量發(fā)生改變時，就會在線圈中產生感應電動勢從而產生電能。圖 1-3 給出了兩種典型的靜電式能量采集器，靜電式能量采集器基于簡單電容，當結構的振動導致電容極板的距離或是對應面積發(fā)生變化時，電容就會充放電，從而將振動能轉化為電能。壓電式能量采集器由于其結構簡單、能量密度高、不發(fā)熱、無電磁干擾、易于加工制作和實現結構上的小型化、集成化等，具有十分廣闊的應用前景，基于壓電式的能量采集器成了國內外研究的熱點[8]。a) b)圖 1-2 電磁式能量采集器[9]a) b)圖 1-3 靜電式能量采集器[9]
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB34

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 鄒玉煒;黃學良;譚林林;;懸臂梁壓電發(fā)電機的基頻諧振頻率與功率[J];東南大學學報(自然科學版);2011年06期

相關碩士學位論文 前1條

1 郭磊;多方向寬頻帶振動能量收集器研究[D];重慶大學;2016年

本文編號：2683023